USB mit SLC-Speicherzellen als Systemfestplatte – Ein SSD Ersatz ?

Es gibt Sie schon länger, aber erst mit den jetzt fallenden Preisen sind sie einen Blick wert: USB-Sticks mit SLC-Speicherzellen. Wir möchten euch in diesem Artikel die Unterschiede zeigen und wollen anhand von einer Linux Installation (OpenMediaVault mit Debian Unterbau) testen wie gut sich ein SLC-Stick als Systemdatenträger eignet.

Ein Systemdatenträger gehört wenn möglich IN das PC-Gehäuse - ein von außen angesteckter USB-Stick sieht eben auch nicht so professionell aus. Das ist durch verschiedene Adapter Heute ohne Probleme realisierbar. Dabei gibt es USB 3 und USB 2 Adapter. Nach Möglichkeit sollte man immer zu einem USB 3 Adapter greifen damit der USB-Stick nicht ausgebremst wird.

An einem USB 3 Anschluss sind aktuell Übertragungsraten von 175MB/s Lesend und Schreibend kein Problem, wer nur über einen USB 2 Anschluss verfügt wird über 30MB/s nicht hinauskommen.

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USB Pinhead Adapter


Verfügt eurer Mainboard über einen freien USB-Header, könnt ihr einen der Oben gezeigten Adapter benutzen um den USB-Stick in das Gehäuse wandern zu lassen. Hier empfehlen wir den Delock USB 3.0 PinHead auf 2x USB 3.0 Adapter für 4-5 Euro, den wir auch in diesem Test hier verwendet haben. Wer nur über einen USB 2 Header verfügt und trotzdem den USB-Stick in das Gehäuse verfrachten möchte, der greift zum DELOCK MBz USB Pinheader.

Warum eignet sich nicht jeder USB-Stick als Systemdatenträger ?


USB-Sticks variieren nicht nur erheblich in der Lese- und Schreibgeschwindigkeit sondern basieren auch auf unterschiedlichen Technologien. Die allermeisten USB-Sticks sind mit MLC-Speicherzellen ausgestattet. Diese sind zwar langsamer als SLC-Speicherzellen, dafür aber deutlich günstiger zu produzieren.

Natürlich kommt es auch auf den verwendeten Controller des USB-Sticks an, hier gibt es bei USB 3.0 Sticks deutliche Unterschiede. Aus diesen Gründen eignen sich nur wenige USB-Sticks als Systemdatenträger.

Unterschied zwischen SLC und MLC Speicherzellen


Während in einer SLC-Speicherzelle nur ein Bit gespeichert werden kann, können in MLC-Speicherzellen bis zu 4 Bits gespeichert werden. Dadurch werden für die gleiche Speicherkapazität nur 25% der Speicherzellen benötigt - ein Grund dafür warum MLC-Speicher deutlich günstiger sind.

Das ganze hat allerdings mehrere Nachteile: Zum einen ist die Geschwindigkeit bei Lese- und Schreibzugriffen meist deutlich reduziert, zum anderen ist die Fehleranfälligkeit bei MLC-Speicherzellen erheblich höher.

MLC-Speicherzellen verkraften ca. 15.000 Schreibzyklen, SLC-Speicherzellen liegen zwischen 250.000 und 1.000.000 Schreibzyklen. Um die Lebensdauer nochmals zu erhöhen, verwenden Flash-Speicher Techniken um die Speicherzellen gleichmäßig abzunutzen, das sogenannte „Wear-Leveling“.

Beim Einsatz als Systemdatenträger ist vor allem die Langlebigkeit und Zuverlässigkeit wichtig. USB-Sticks mit MLC-Speicherzellen sind daher für den Einsatz als Systemdatenträger ungeeignet und gehen auch meist relativ schnell kaputt.

Aus diesem Grund wird in Foren häufig abgeraten ein Linux-Betriebssystem wie z.B. OpenMediaVault (Debian Linux) auf einen USB-Stick zu installieren. Diese Aussagen basieren aber auf den Erfahrungswerten mit MLC-USB-Sticks. USB-Sticks mit SLC-Speicherzellen können ähnlich zuverlässig wie eine normale SSD-Festplatte sein und erreichen auch beachtliche Geschwindigkeiten.









BetriebssystemEmpfehlungBemerkung
OpenElec 4/5MLC oder SLCwenig Zugriffe
Windows 8/8.1 USBMLC oder SLC
Ubuntu LinuxSLC
Debian LinuxSLC
OpenBSD (FreeNAS, NAS4Free)SLC
OpenMediaVault (Debian Linux)SLC

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Vorteil eines USB-Sticks mit SLC-Speicherzellen


Der größte Vorteil neben dem Preis gegenüber einer SSD (ein 16GB SLC-Stick kostet etwa 30 Euro) ist vor allem, dass kein SATA-Port für den Systemdatenträger blockiert wird. Gerade in kleineren NAS-Lösungen kann man jeden SATA-Port gut für Datenfestplatten gebrauchen.

Das ASRock Q1900-ITX - das von uns aktuell am häufigsten empfohlene Mainboard für kleinere NAS-Lösungen - besitzt z.B. 4 SATA Ports. Sofern man als Systemdatenträger auf einen USB-Stick mit SLC-Speicherzellen setzt, lassen sich hier also ohne Erweiterungskarten 4 Datenfestplatten anschließen. Zudem wird kein Festplattenschacht blockiert.

Ein schneller SLC-USB-Stick kann übrigens den Energieverbrauch eines NAS Systemes im Gegensatz zu einem langsamen MLC-Stick deutlich reduzieren: Je schneller Änderungen auf dem Stick gespeichert werden, desto schneller kehrt das System wieder in den verbrauchsarmen Idle-Zustand zurück.

Bei einem langsamen Stick muss die CPU so lange wach bleiben bis alle Änderungen auf den Datenträger geschrieben worden sind. Da z.B. bei OpenMediaVault relativ häufig geschrieben wird, kann sich dies über Minuten ziehen.

Benchmarks


Wir haben uns einen 16GB großen Mach Xtreme Technology ES Ultra für 35 Euro besorgt, für die 32GB Variante werden 58 Euro, für die 64GB Version satte 94 Euro fällig. Der ES Ultra ist Ende 2014 als Nachfolger des Mach Xtreme MX-ES series MXUB3SES erschienen und bietet noch einmal ca. 20% gesteigerte Durchsatzraten.

Achtet beim Kauf unbedingt darauf, dass der Stick über SLC-Speicherzellen, auch SLC NAND Flash genannt, verfügt. USB-Sticks mit einem deutlich besseren Preis-Leistungsverhältnis verwenden höchstwahrscheinlich MLC-Speicherzellen und somit für den Einsatz als Systemdatenträger meist ungeeignet.

Die Benchmarks zur Geschwindigkeitsmessung haben wir mit einem ASRock Q1900-ITX unter Windows 7 64bit sowie unter OpenMediaVault 1.9 (Debian Linux „Weezy“) durchgeführt.

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Wir haben den Benchmark einmal mit UASP und einmal ohne das neue Protokoll durchgeführt. Wer nichts mit UASP anfangen kann, dem empfehle ich unseren Aritkel USB 3.0 Geschwindigkeit mit UASP um 10-30% erhöhen.

OpenMediaVault mit einem SLC-Stick als Systemdatenträger


Benchmark-Ergebnisse alleine bringen natürlich nichts, wenn der Einsatz in der Praxis nicht funktioniert. Daher haben wir den Mach Xtreme MX-ES series MXUB3SES einem Langzeittest mit OpenMediaVault unterzogen, der natürlich nicht wirklich repräsentativ ist aber einen Erfahrungswert vermitteln soll.

Während der Nutzung von OpenMediaVault fällt auf, dass der Stick wirklich extrem oft arbeitet obwohl von uns keine Aktionen auf dem Systemdatenträger ausgeführt werden. Mit 4GB Arbeitsspeicher haben wir zudem eine für OpenMediaVault großzügige Ausstattung gewählt, es sind eigentlich durchgängig 2-3GB freier Arbeitsspeicher vorhanden. Es sind vor allem viele kleine Logdateien, die auf dem Systemdatenträger abgelegt werden.

Fazit


Wer einen USB-Stick zum Speichern von Bilder, Musik oder Videos sucht, kann bedenkenlos zu einem MLC-Stick greifen. Wer allerdings einen USB-Stick als Systemdatenträger sucht, der ist besser mit einem SLC-USB-Stick wie dem Mach Xtreme MX-ES series MXUB3SES bedient, der neben der Langlebigkeit auch mit hohen Transferraten punktet.

In Verbindung mit einem Delock USB 3.0 PinHead auf 2x USB 3.0 Adapter kann ein SLC-Stick problemlos eine SSD als Systemdatenträger für ein kleines Linux wie z.B. OpenMediaVault ersetzen.

Zu unserem Vergleich von internen Festplatten.